lte-a系统载波聚合下基于贪心算法的资源管理

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1、LTE-A系统载波聚合下基于贪心算法的资源管理郑金金罗志年湖南大学信息科学与工程学院中国人民解放军94855部队为更好兼顾LTE-A系统吞吐量与用户公平性，提出基于贪心算法的资源管理方法。在载波聚合时充分利用用户端上报的信道状态信息，降低信道变化对载波聚合算法性能的影响。使用贪心算法解决资源分配时的NP难问题，在用户调度过程屮利用用户占用的资源块数和平均速率重新设计贪心算法屮的权值因子，从而满足各类用户对服务质量的不同需求。仿真结果表明，与LL+PF算法相比，该算法具有较好的用户公平性和更高的系统吞吐量。关键词：LTE-A系统;载波聚合;资源管理;贪心算法;公平性;其技术

2、方法是将多个窄的分量载波(现有单个分量载波频宽最大为20Mllz)聚合到一个更宽的虚拟载波上，用来提供更高的传输速率［2-3］。在异构网络中，用户对QoS的不同需求也对算法提出了新耍求，文献［4］通过仿真表明载波聚合能有效提高异构网络性能，特别是在密集场景下。并且现有支持载波聚合标准3GPPR10及以上版木都向后兼容,新老用户可以在同一小区内共存。采用载波聚合技术能增加用户峰值速率，提高频谱利用率，并且使得基于每个用户端的配置更加灵活in。载波聚合的优势很明显，但也存在很多技术难点。首先，载波聚合对已有的LTE协议所产生的冲击应尽量降到最低，并同时兼容老的LTE设备;其次

3、，分量载波的激活选择需同时兼顾多个关键因素，如载波质量、覆盖范围、频谱效率和用户对QoS的要求［6］。载波聚合算法又细分为分量载波选择、资源分配以及资源调度。分量载波选择和资源配置要满足负载均衡，而资源块调度要满足用户公平性。现有经典分量载波选择算法有随机选择(RandomSelection，RS)算法［7_8］、循环选择(CircularSelection,CS)算法［8-9］和最小负载(LeastLoad,LL)选择算法［10-11］。RS算法不能保证CC负载的短期均衡性，CS算法在用户业务数据包尺寸大小严重不一样时，效率会下降，LL算法考虑了信道状态信息(Chann

4、elStateInformation,CST),能够较好地平衡业务负载。但仅考虑分量载波的选择并不能完全保证系统总体性能，为丫保证用户公平性，相应的经典资源调度算法有轮循(RoundRobin,RR)［11］算法、最大载干比(MaxC/1)算法［12］和比例公平(ProportionalFair,PF)［10,13］算法。RR算法具有最佳的用户公平性，但系统资源利用率低，MAXC/I算法能提高资源利用率，似牺牲了公平性，PF算法能较好地兼顾资源利用率和用户公平性。大多数文章在研究分量载波资源配置时，没有考虑到CSI随时间变化时对分量载波质量的影响，且资源分配算法没有考虑调

5、制和编码方案(ModulationandCodingScheme,MCS)对用户端限制，即同一用户在同一分量载波的所有资源块中只能选择一种MCS［14］o文献［15-16］证明了系统资源分配过程是一个NP难问题，传统方法己不再适用，而基于贪心算法的载波聚合资源管理方式，能很好地弥补传统算法的的缺陷。其屮，文献［15］的侧重点是利用博弈论方法解决用户上报伪信息获取高优先权问题。本文重新设计贪心算法，充分利用用户端上报的CS1信息，使其适应信道变化对载波聚合算法性能的影响。运用用户占用的资源块数和平均速率设计权值因子，在保证用户公平性的同时，提高系统吞吐量。1系统模型U={1

6、，2,…，N}表示LTE-A系统小区闪用户集合，C={1，2,…，K}表示小区内可聚合的分量载波集合，当小区确定时，集合C也确定。G表示用户i可激活的分量载波集合，且CiC。因为每个分量载波的带宽不同，使得其含有的资源块数不同，则用Bk表示分量载波k含有的资源块数。LTE-A系统下行链路传输使用0FDMA技术，其资源块结构如图1所示。从图1可以看出，LTR-A下行链路每个传输帧持续10ms,并分成20个子帧，每个子帧占据2个时隙，每个时隙包含6个或7个连续的OFDM符号(具体数目取决于循环前缀长度)，而资源块由1个时隙内的12个连续子载波构成，且每个子载波带宽为15kHz

7、［17］o若分量载波带宽已知，则由此可计算分量载波所含有的资源块数目。假定载波调度的周期为•一个传输吋间间瞞(TransmissionTimeInterval,TTT)，分量载波k在每个TTI将Bk个资源块分配给不同用户。图1LTE-A下行链路资源块结构在异构网络中，用户对载波质量、聚合容量和QoS的要求是不同的。在LTE-A上行信道屮，PUCC11或PUSC11上报的CSI信息屮含有信道质量指示(ChannelQualityIndicator,CQ1),其表明在采用所建议的秩指示和预编码矩阵指示情况下为确保下行传输误码率不超